资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 生物 年级 高一 学期 秋季
课题 人类对通道蛋白的探索历程
教科书 书 名：《分子与细胞》教材 出版社：人民教育出版社
教学目标
1.通过回顾水通道蛋白的发现历程，学习实验设计的程序，提升实验设计的能力。 2.通过视频学习和查阅资料，建构通道蛋白的概念，比较水通道和离子通道的异同点。 3.通过对通道蛋白具体实例的讨论，尝试运用本节知识解决有关实际问题，培养社会责任。 4.通过回顾科学家的探究历程，认识到技术的发展在科学研究中的作用，尊重科学且用发展的观点看待科学，树立辨证的科学观。 5.通过对通道蛋白整个探索历程的分析，深化结构与功能观，提升科学思维与科学探究。
教学重难点
教学重点： 1. 水通道蛋白的探索历程。
2. 通道蛋白的分类与特点。
教学难点： 1. 水通道蛋白的探索历程。 2. 钾离子通道蛋白的探索历程。
教学过程
学习 任务教师活动学生活动设计意图 情境导入引导学生思考：成年人每天产生的原尿大约是150L，但只有1.5L的终尿排出体外，大部分的水都被肾小管和集合管重吸收回血液循环。 提出问题：水分子快速大量被肾小管和集合管重吸收的原因？观察一组图片，信息获取：水分子是可以快速通过细胞膜的。通过人体自身实例提升学生学习兴趣。 任务一：探究水如何快速大量被肾小管和集合管重吸收？ 任务一：探究水如何快速大量被肾小管和集合管重吸收？ 任务一：探究水如何快速大量被肾小管和集合管重吸收？ 提出问题环节 资料1： 1950年后科学家多次对水分子等进行了细胞膜与人工膜的运输速率比较实验，图示结果显示： （1）相同点：甘油、O2、CO2在通过人工膜和细胞膜时的运输速率相同。 （2）不同点：水分子通过细胞膜时的运输速率高于人工膜。 资料2：
1895年欧文顿发现：溶于脂质的物质容易通过细胞膜，不溶于脂质的物质不容易通过细胞膜，后来证实是因为细胞膜的基本骨架为磷脂双分子层。磷脂双分子层内部的疏水端形成屏障，让水溶性物质不易通过，但磷脂分子通过侧向自由移动、翻转运动等产生的空隙可以使比较小的分子通过，即便如此水分子穿过磷脂双分子层的速率也比较缓慢，速率只有细胞膜的1/10。 引导学生根据资料2分析实验1的结果。 小组讨论分析实验结果，回答任务单中一（1）的问题。 引导学生观察图表阅读资料获取信息的能力。提高解决问题的能力。 做出假说环节： 水分子通过磷脂双分子层的疏水层很困难，那么大部分的水分子是通过什么途径进入细胞的呢？ 引导学生比较人工膜与细胞膜的结构，作出推论：细胞膜上含有运输水分子的通道蛋白质。 比较人工膜与细胞膜的结构，进行思考、推论。 按照结构决定功能的思路引出推论，强化结构与功能观。 验证假说环节 资料3： 1988年美国科学家阿格雷成功地从吸水能力很强的红细胞和肾小管细胞中分离出一种未知功能的膜蛋白CHIP28 ，推测：这就是“水通道蛋白”。 实验设计1： 探究CHIP28是否可以帮助水分进入爪蟾卵母细胞？ 实验材料：爪蟾卵母细胞（细胞膜上不含CHIP28 ），含有 CHIP28的爪蟾卵母细胞（注入CHIP28的mRNA使 CHIP28表达的非洲爪蟾卵母细胞）、低渗溶液等。 引导学生重走阿格雷的实验探究之路，进行实验设计1。 再根据实验结果引导学生得出实验结论。 实验设计2：探究CHIP28单独存在是否能帮助水分子进入脂质体？ 实验材料：人工脂质体 CHIP28 低渗溶液 引导学生进行实验设计2，预期实验结果和结论。 实验设计3：用Hg+（水通道抑制剂）处理含CHIP28的爪蟾卵母细胞和脂质体 引导学生分析实验结果得出结论。 分析实验设计1的目的和材料，进行实验设计1，完成任务单中的一（2）的表格，并预期实验结果和结论。 分析实验设计2的目的和材料，进行实验设计2，完成任务单中的一（3）的表格，并预期实验结果和结论。 分析4组实验结果，得出结论。 提高学生设计实验的能力，培养科学探究和科学思维。得出结论环节： CHIP28蛋白命名为AQP1，被确立为水通道蛋白。 水通道为连续开放的通道，只允许水分子通过，是由4个相同的亚基组成的四聚体，每个亚基单独形成一个供水分子运动的中央孔，所以水通道又被称为水孔。 思考、观察、记录。该概念是对课本正文学习的有效补充。回扣问题情境： 探究水如何快速大量被肾小管和集合管重吸收？ 学生回答，老师补充。针对前面的环节进行回顾，对问题做出有效思考和回答。提升学生释疑解疑的能力，对水分子的运输方式进行全面汇总。 任务二：探究离子运输是否也需要通道蛋白？ K+、Na+、CI-通过细胞膜的运输速率也比人工膜快。 推测：细胞膜上也存在运输离子的通道蛋白。 思考，做出推论。类比法提出假说，节省相似问题思考的时间，给学生多种多样的问题刺激，产生高效课堂。回顾钾离子的探索历程： （1）提出假说：20世纪60年代科学家提出植物细胞中存在K+通道。 （2）有效研究工具的创造：1976年德国科学家内尔和萨德曼创造了膜片钳法（1991年的诺贝尔生理学或医学奖）。 （3）检测出K+通道蛋白：20世纪80年代，科学家检测出钾离子通道。 （4）解析出K+通道蛋白的立体结构：1998年美国科学家麦金农首次利用X射线晶体衍射技术解析出一种钾离子通道蛋白的立体结构（2003年诺贝尔化学奖） 播放视频，学习膜片钳法和钾离子通道的立体结构。 学习钾离子的探究历程，体会科学研究的一般思路。 观看视频，了解膜片钳法的基本工作原理和钾离子的立体结构特点。 通过回顾科学家的探究历程，认识到技术的发展在科学研究中的作用，尊重科学且用发展的观点看待科学，树立辨证的科学观。小结： 钾离子通道蛋白： 是由细胞膜中蛋白质复合物组成的孔道，通过大小和电荷等因素相适配来选择运输钾离子。 引导学生描述钾离子的结构特点。 结合视频信息和图示结构，加深理解钾离子的立体结构，完成任务单二。 提高学生获取信息和加工整理信息的能力。 任务三：总结通道蛋白的特点，应用到生命健康中。 任务三：总结通道蛋白的特点，应用到生命健康中。 通道蛋白研究的其他进展 （1）近年来解析了一些新型离子通道，如钙离子通道、钠离子通道等。 （2）离子通道结构和功能的研究需综合应用各种技术，包括：膜片钳法、通道蛋白分离、纯化、重建技术、通道药物学、基因重组技术等。 （3）通道蛋白广泛存在于动物、植物及微生物细胞膜上，种类繁多。仅水通道蛋白在人体就有13种，在拟南芥细胞中已发现35种。 阅读资料，找出关键词。 培养学生在大量信息中快速获取有效信息的能力。播放视频，总结通道蛋白的特点。结合视频信息和前面所学知识，完成任务单三（1）培养学生汇总知识的能力，加深生成概念的能力。 观察图中关于门控通道的开放和关闭状态，描述出门控通道的调控过程。提高学生的识图能力和语言表达能力。 出示通道类疾病的列表，引发学生的思考。 出示某高血压药物说明书：“本品为二氢吡啶类钙通道阻滞剂，抑制血管平滑肌和心肌细胞的跨膜钙离子内流，引起全身血管的扩张，产生降压作用。 出示尿崩症的有关介绍： 尿崩症是由于抗利尿激素（ADH）缺乏或肾脏对ADH敏感性缺陷导致肾小管重吸收水的功能障碍的疾病。其临床症状为多尿、口渴等。 引导学生提出治疗方案。 阅读说明书，解释药物作用机理与本节课的关系。 根据本节所学知识，再结合图示，尝试提出治疗方案。完成任务单三（2） 引导学生关注健康问题，体会问题来源于实际情景，解决问题离不开严谨的科学研究。 培养学生解决问题的能力和习惯，要敢于尝试将理论知识用于实际问题的解决中。增强学生的社会责任感。总结概括本节主要从三个方面进行探究 （1）水通道的探究历程 （2）钾离子通道的探究历程 （3）通道蛋白的总结和应用 这些成果是历经半个世纪的多位科学家的不懈探究，并有多位科学家因此获得诺贝尔奖。高尔基说过“科学的大胆的活动是没有止境的，也不应该有止境”，愿同学们的科学探究之路也无止境。 构建知识体系，理解记忆本节知识。从宏观角度帮助学生回忆本节的知识体系，加深理解和记忆，同时鼓励学生培养探究学习的习惯和能力。

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